CS252557B1 - Způsob výpalu práškovitých materiálů a zařízení k prováděn! tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu a zařízení pro výpal práškovitých materiálů, zejména cementářské surovinové moučky na cementářský slínek. Způsob výpalu spočívá v tom, že na vypalovanou surovinovou moučku se působí plamenem postupně dvakrát ve dvou oddělených topeništích, jimiž surovina postupně prochází. Surovina v prvním topeništi úplně kalcinuje a dále se ohřívá na teplotu počátku slínkotvorných reakcí a v druhém topeništi se pouze dohřívá na slínovací teplotu a slinuje. Zařízení k provádění způsobu je tvořeno výměníkem, dvěma rotačními pecemi s chladičem slínku, vzájemně funkčně propojenými tak, že výměník je propojen kanálem a potrubím se vstupní komorou rotační pece. Výstupní část rotační pece je propojena přechodovou hlavou se vstupní částí rotační pece a výstupní část rotační pece je za pomoci žárové hlavy napojena na chladič slínku, který je rovněž propojen potrubím s horní částí přechodové hlavy.

Description

Vynález se týká způsobu výpalu práškovitých materiálů, zejména eementářské surovinové moučky na cementářský slínek a zařízení k provádění tohoto způsobu.

V současné době je běžně zaveden suchý způsob výpalu cementářského slínku, dnes možno říci klasický, využívající šachtového protiproudého výměníku pro předehřev s částečnou kalcinací eementářské surovinové moučky, krátké rotační pece pro dokončení kalcinace a slinutí surovinové moučky na slínek a chladiče slínku, v němž se vypálený slínek chladí chladicím vzduchem. Chladicí vzduch se při chlazení slínku ohřívá a slouží v krátké rotační peci jako vzduch spalovací.

Je zaveden i způsob s předkalcinací, kdy se část paliva spaluje v upraveném šachtovém protiproudém výměníku. Tímto způsobem se zvyšuje stupeň kalcinace surovinové moučky před vstu pem do krátké rotační pece a krátká rotační pec pak může být pro daný výkon podstatně menších rozměrů.

Oba naznačené způsoby mají některé nevýhody, které mají původ především v současném celosvětovém trendu snižovat výrobní náklady využíváním levnějších, méně ušlechtilých paliv pro výpal, než tomu bylo dříve, nebot ceny zejména ušlechtilých paliv nebývalé vzrostly.

Výpal cementářského slínku probíhá při teplotě asi 1 450 °C; jedná se tedy o vysokoteplotní proces bezpodmínečně vyžadující velmi vysokou teplotu plamene v rotační peci, kterou je plně schopen zajistit pouze spalovaný olej, zemní plyn, nebo uhlí o vysoké výhřevnosti. Potřebnou teplotu,plamene nelze zajistit spalováním uhlí snížené kvality. U klasického způsobu, u něhož se topí pouze v peci, tedy nelze kvalitu spalovaného paliva výrazně snížit.

Poněkud výhodnější je situace u způsobu s předkalcinací, kdy se v upraveném šachtovém výměníku spaluje část paliva za účelem zvýšení stupně kalcinace surovinové moučky. Kalcinační proces zde probíhá při teplotě asi 850 °C a kalcinaci tedy lze zajiětovat spalováním paliva i o poměrné nízké výhřevnosti. Zavedená praxe je taková, že se ve výměníku spaluje asi 50 % z celkového množství paliva v podobě uhlí nižší kvality a surovinová moučka na vstupu do krátké rotační pece vykazuje asi 80 % kalcinace. V krátké rotační peci se pak spaluje zbývajících asi 50 % paliva v podobě oleje, zemního plynu nebo vysoce výhřevného uhlí. Je tak sice možno nahradit asi 50 % ušlechtilého paliva palivem méně ušlechtilým a tedy levnějším, avšak žádoucí je podíl ušlechtilého paliva dále podstatně snížit.

Další nevýhoda současných způsobů výpalu se projevuje v případech, kdy surovinová moučka, nebo i palivo, obsahuje zvýšený obsah škodlivin např. síry, alkálií a chlóru. Tyto škodliviny ve slínovacím pásmu sublimují, v podobě par odcházejí spolu s kouřovými plyny z rotační pece do výměníku, kde v určité oblasti teplot kondenzují převážně na dispergovaných částicích surovinové moučky. Se surovinovou moučkou přicházejí znovu do slínovacího pásma a koloběh se opakuje, prostředí pece se škodlivinami zahuštuje.

Za určitých okolností může dojít v peci k tak vysoké koncentraci škodlivin, že jejich kondenzace zejména v přechodové komoře mezi pecí a výměníkem a ve spodní části výměníku zde způsobuje tak rychlou tvorbu nálepků, že plynulý provoz není možný. V takovém případě nezbývá, než zastavit v určité, ještě provozně bezpečné fázi, vzrůst koncentrace škodlivin v peci odvodem části, nebo i celého množství horkých plynů z pece mimo proces, tyto plyny ochladit a odprášit. Je to spojeno se značnou ztrátou tepla a s dalšími provozními náklady, což je nežádoucí.

Ztráty tepla a obecné zvýšení provozních nákladů jsou tím menši, čím menší množství horkých plynů se odvádí mimo proces. Množství odváděných plynů však musí být takové, aby postačovalo k odvodu takového množství škodlivin, jež již není zcela spolehlivě vynášeno z procesu výpalu slínkem. Někdy je nutno omezovat obsah škodlivin i ve slínku a s cílem zvýšení jeho kvality.

V zájmu maximálního výnosu škodlivin minimálním množstvím plynů je tedy žádoucí, aby škodliviny byly v odtahových plynech silně koncentrovány. U dosavadních, výše popsaných způsobů výpalu to zpravidla není možné, nebot žádoucí koncentrace škodlivin, dosažená koloběhem škodlivin, již vede ke vzniku nálepků ohrožujících plynulý provoz.

Výše popsané nedostatky současných způsobů výpalu odstraňuje způsob výpalu práškovitých materiálů podle vynálezu, spočívající v tom, že na vypalovanou surovinovou moučku se působí plamenem postupně dvakrát ve dvou oddělených topeništích, jimiž surovina postupně prochází, a to tak, že surovina v prvním topeništi úplně kalcinuje a dále se ohřívá na teplotu počátku slínkotvorných reakcí a v druhém topeništi se pouze dohřívá na slinovací teplotu a slinuje.

Zavedení způsobu výpalu podle vynálezu umožňuje nahradit až 80 % nejkvalitnějšího paliva palivem snížené kvality a umožňuje zpracovávat surovinu i palivo se zvýšeným obsahem škodlivin pouze s minimálním růstem provozních nákladů, což vše je ekonomicky velmi významné.

Zařízení k provádění způsobu je zobrazeno schematicky v částečném řezu a pohledu na obrázku.

Zařízení pozůstává z výměníku £ pro předehřev surovinové moučky, z rotační pece 2 pro úplnou kalcinaci a další ohřev surovinové moučky, z rotační pece 2 pro dohřev suroviny a její slinutí a z chladiče £ slínku.

Jednotlivé agregáty jsou funkčně mezi sebou propojeny. Výměník £ je propojen kanálem £ pro vedení plynů a potrubím 6 pro vedení předehřáté suroviny se vstupní komorou 15 rotační pece 2. Výstupní část rotační pece 2 je propojena přechodovou hlavou 1_ se vstupní částí rotační pece _3· Výstupní část rotační pece 2 je ^za pomoci žárové hlavy 2 propojena s chladičem £ slínku. Chladič £ slínku je potrubím £ propojen s horní částí přechodové hlavy 7_. Rotační pec 2 je situována nad rotační pecí £ alespoň přibližně.

Do přechodové hlavy 2 je zasunut hořák 10 přibližně v ose rotační pece 2. Do žárové hlavy 2 je zasunut hořák 11 přibližně v ose rotační pece £·

V přechodové hlavě 7_ nad úrovní rotační pece 2 3θ instalován stavitelný škrticí prvek 12. Pod úrovní škrticího prvku 12 je z přechodové hlavy 7_ vyvedeno potrubí 13 pro možnost přímého odvodu plynů z rotační pece 2 mimo proces. Přibližně v úrovni osy rotační pece 2 je v přechodové hlavě 2 rovněž instalována tryska 16 chladicího vzduchu, jež je nasměrována do vstupní části rotační pece 2· Vnitřní povrchy všech agregátů, jež jsou za provozu zařízení vystaveny účinkům vysokých teplot, jsou opatřeny ochrannou vyzdívkou 14.

Na obrázku pro přehlednost není znázorněno zcela běžné příslušenství agregátů, například ventilátory, pohony, odprašování, příděl surovinové moučky apod., které není předmětem vynálezu.

Zařízení pracuje následujícím způsobem:

Neznázornéný pecní ventilátor protahuje spaliny z rotační pece 2 vstupní komorou 15, kanálem 2 ^a výměníkem £. V rotační peci 2 se spaluje palivo přiváděné hořákem 10. V rotační peci 2 ^se spaluje palivo, přiváděné hořákem 11. Potřebný spalovací vzduch se předehřívá chlazením slínku v chladiči £ slínku a postupuje jednak potrubím 2 do horní části přechodové komory a odtud do rotační pece 2, jednak žárovou hlavou 2 do rotační pece 2·

Spaliny z rotační pece 2 vstupují do přechodové komory 2 ^a odtud bud do rotační pece 2, nebo jsou odsávány za pomoci neznázorněného ventilátoru potrubím 13 mimo proces.

Dělení spalovacího .vzduchu podle potřeb rotační pece 2 a rotační pece 2 ^se řídí nastavením škrticího prvku 12 a také odsáváním spalin z rotační pece 2 potrubím 13 v případě, žeje nutné, nebo účelné, spaliny plně, nebo alespoň zčásti odsávat mimo proces.

Surovinová moučka se podává běžným způsobem do výměníku 2< kde se předehřívá teplem spalin z rotační pece 2 a také zde částečně kalcinuje. Z výměníku JL postupuje potrubím 6 přes přechodovou komoru 15 do rotační pece 2, kde se kalcinace dokončuje a surovinová moučka se dále ohřívá. Probíhají zde již některé slínkotvorné reakce v tuhé fázi, tvoří se dílce i sbalky suroviny. Takto tepelně vysoce připravená surovina vypadává z rotační pece 2 a přes přechodovou komoru J7 postupuje do rotační pece 3, kde se velmi rychle dohřívá na slínovací teplotu a slinuje.

Vypálený slínek vypadává z rotační pece 2 ^a propadává žárovou hlavou f! do chladiče 2 slínku. Zde se běžným způsobem chladí, příslušné teplo slouží pro ohřev spalovacího vzduchu.

Proces výpalu cementářského slínku podle způsobu a v zařízení podle vynálezu je důsledně rozdělen na procesy nízkoteplotní - asi do 1 050 °C a vysokoteplotní - nad 1 050 °C, což přináší závažné výhody: až 80 % praktické spotřeby tepla připadá na procesy nízkoteplotní, a jen asi 20 % na procesy vysokoteplotní. Spotřebu tepla nízkoteplotních procesů je možno hradit i spalováním paliv snížené kvality. Pro rotační pec 2, v níž probíhají nízkoteplotní procesy, je tedy možno využívat levné palivo nižší kvality v množství odpovídajícím asi 80 % celkové spotřeby tepla a pouze asi 20 % celkové spotřeby tepla je nutno hradit spalováním nejkvalitnějšího paliva v rotační peci 2» kde probíhají procesy vysokoteplotní.

Pokud surovina nebo palivo obsahují zvýšený podíl škodlivin, způsob a zařízení podle vynálezu jsou rovněž velmi výhodné.

Škodliviny při nízkoteplotním procesu převážně ještě nesublimují. V rotační peci 2 tedy nedochází k výraznému zahuštěni prostředí pece škodlivinami. K podstatné sublimaci škodlivin dochází až při slinováni suroviny v rotační peci 2· Protože se zde spaluje relativně málo paliva, odchází z rotační pece 2 relativně málo spalin, které vynášejí z rotační pece 2 páry škodlivin. Protože je spalin relativně málo, je v nich koncentrace škodlivin vysoká. Jsou-li tyto spaliny potrubím 13 z přechodové komory Ί_ odsávány mimo proces, je možno vyrábět bez potíží slínek s nízkým obsahem škodlivin i při použití surovin a paliva s vysokým obsahem škodlivin. Protože je odsávaných spalin relativně málo, jsou ztráty tepla a další náklady spojené s jejich odprášenim relativně nízké, řádově poloviční, než je tomu u současných zařízení.

V případě, že teplota spalin z rotační pece 2 je příliš vysoká a vede ke vzniku nálepků v přechodové komoře J7, dmýchá se do vstupní části rotační pece 2 Proudu spalin tryskou 16, chladicí vzduch a spaliny se pak ochlazují na teplotu z hlediska tvorby nálepků zcela bezpečnou.

r

Ochranná vyzdívka 14 chrání kovové části zařízení před účinkem vysokých teplot.

Claims (10)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Způsob výpalu práškovitýoh materiálů zejména cementářské surovinové moučky na cementářský slínek vyznačený tím, že na vypalovanou surovinovou moučku se působí plamenem postupně dvakrát ve dvou oddělených topeništích, jimiž surovina postupně prochází, a to tak, že surovina v prvním topeništi úplně kal a dále se ohřívá na teplotu počátku slinkotvorných reakcí a v druhém topeništi se :.uuze dohřívá na slínkovaoí teplotu a slinuje.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že první topeniště je vytápěno palivem horší kvality než topeniště druhé.
3. 3. Způsob podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že spaliny z druhého topeniště se vyvádějí mimo technologický proces.
4. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že spaliny z druhého topeniště se ochlazují dmýcháním chladicího vzduchu proti jejich proudu.
5. 5. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 4, vyznačené tím, že je tvořeno výměníkem (1), rotační pecí (2), rotační pecí (3) a chladičem (4) slínku vzájemně funkčně propojenými tak, že výměník (1) je propojen kanálem (5) a potrubím (6) se vstupní komorou (15) rotační pece (2), přičemž výstupní Část rotační pece (2) je propojena přechodovou hlavou (7) se vstupní částí rotační pece (3) a výstupní část rotační pece (3) je za pomoci žárové hlavy (8) napojena na chladič (4) slínku, který je rovněž propojen potrubím (9) s horní částí přechodové hlavy (7) .
6. 6. Zařízení podle bodu 5, vyznačené tím, že rotační pec (2) je situována alespoň přibliž ně nad rotační pecí (3).
7. 7. Zařízení podle bodů 5 a 6, vyznačené tím, že do přechodové hlavy (7) je zasunut hořák (10) přibližně v ose rotační pece (2) a do žárové hlavy (8) je zasunut hořák (11) přibližně v ose rotační pece (3).
8. 8. Zařízení podle bodů 5 až 7, vyznačené tím, že v přechodové hlavě (7) je nad úrovní rotační pece (3) instalován stavitelný škrticí prvek (12).
9. 9. Zařízení podle bodů 5 až 8, vyznačené tím, že pod úrovní škrticího prvku (12) je z přechodové hlavy (7) vyvedeno potrubí (13) pro přímý odvod spalin z rotační pece (3).
10. 10. Zařízení podle bodů 5 až 9, vyznačené tím, že v přechodové komoře (7) přibližně v úrovni osy rotační pece (3) je instalována tryska (16) chladicího vzduchu, jež je nasměrována do vstupní části rotační pece (3).